Kim, Hee Joon;Kasadani, Yuichi;Li, Liuyun;Shimizu, Tadaaki;Kim, Lae-Hyun
Journal of Energy Engineering
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v.21
no.4
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pp.373-377
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2012
Among the fossil fuels, the brown coal is a great deal of resources. However, it is hardly used due to the high moisture content and low calorific value. It has both the week points such as spontaneous combustion and high volatile content and the strong points such as the low-sulfur and low ash content. If we overcome these week points, the using amount of brown coal would be increased. Also, it is well known that biomass is one of the important primary renewable energy sources because of carbon neutral energy. Furthermore, the utilization of biomass has been more and more concerned with the depletion of fossil fuel sources as well as the global warming issues. Combustion and thermal decomposition of biomass is one of the more promising techniques among all alternatives proposed for the production of energy from biomass. In this study, combustion of brown coals and mushroom waste was done. Mass change of samples and emission of hydrocarbon components were measured. As the results, we obtained combustion rate constant. Also activation energy was calculated in char combustion step. Hydrocarbon components were more generated in low oxygen concentration than high. Emission amount of hydrocarbon components in mushroom waste was significantly increased comparing to brown coal.
In this study, an ISO 5660-1 cone calorimeter experiment was conducted to examine the effects of changes in flow and thermal thickness around solid combustibles on heat release rate characteristics. Polymethyl methacrylate (PMMA) is a solid combustible material that does not generate char during the combustion reaction. Hence, it was selected for the experiment, and the thermal penetration depth was calculated to distinguish the thermal thickness of PMMA. Furthermore, the thermal decomposition characteristics were analyzed by measuring the heat release rate measured during the combustion of PMMA. This was performed after generating the forced flow around the combustibles by setting the duct flow of the cone calorimeter to 12, 24, and 40 L/s. The results confirmed that the thermal release rate of the thermally thin combustible material was not significantly affected by the change in the surrounding flow. Hence, the thermally thick combustible material was significantly affected by the change in the flow rate.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.24
no.10
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pp.1368-1379
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2000
A numerical study on swirling pulverized coal combustion in an axisymmetric enclosure is carried out by applying the 2-phase weighted sum of gray gases model (WSGGM) approach with the discrete ordinate method (DOM) to model the radiative heat transfer equation. In the radiative transfer equation, the same polynomial equation and coefficients for weighting factors as those for gas are adopted for the coal/char particles as a function of partial pressure and particle temperature. The Eulerian balance equations for mass, momentum, energy, and species mass fractions are adopted with the standard and RNG k-${\varepsilon}$ turbulence model, whereas the Lagrangian approach is used for the particulate phase. The eddy-dissipation model is employed for the reaction rate for gaseous mixture, and the single-step and two-step first-order reaction model for the devolatilization process for coal. Special attention is given to establish the thermal boundary conditions on radiative transfer equation By comparing the numerical results with experimental ones, the radiation model used here is confirmed and found to provide an alternative for simulating the radiative transfer.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2017.05a
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pp.651-663
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2017
Experimental results of $30^{\circ}-15^{\circ}$ nozzles were compared with numerically calculated convective heat transfer coefficients using FLUENT, Boundary Layer Integration Method and Bartz predictions. Also, the convective heat transfer coefficients were calculated by using FLUENT and boundary layer integration method for NASA HIPPO nozzles according to the characteristics of combustion gas and the correlation between pressure and pressure was compared. Finally, thermal analysis of NASA HIPPO nozzle was performed to compare the ablation thickness and char depth according to the combustion gas characteristics.
Spontaneous combustion propensity of various coals of carbonization grade as a pulverized fuel of coal-fired power plant has been tested from an initial temperature of $25^{\circ}C$ to $600^{\circ}C$ by heating in an oven with air to analyze the self-oxidation starting temperature. These tests produce CPT (Cross Point Temperature), IT (Ignition temperature), and CPS (Cross Point Slope) calculated as the slope of time taken for a rapid exothermic oxidation reaction at CPT base. CPS shows a carbonization rank dependence whereby wood pellet has the highest propensity to spontaneous combustion of $20.995^{\circ}C/min$. A sub-bituminous KIDECO coal shows a CPS value of $15.370^{\circ}C/min$, whereas pet coke has the highest carbonization rank at $2.950^{\circ}C/min$. The nature of this trend is most likely attributable to a concentration of volatile matter and oxygen functional groups of coal surface that governs the available component for oxidation, as well as surface area of fuel char, and constant pressure molar heat.
The purpose of this study is application to flame retardant powder coating(FRPC) material consisting of ammonium polyphosphate(APP) and magnesium hydroxide($Mg(OH)_2$) as a halogen free flame retardant into thermoplastic resin(LDPE-g-MAH). For improvement of adhesion, LDPE-g-MAH was synthesized from low density polyethylene(LDPE) and maleic anhydride(MAH). The mechanical properties as melt flow index, pencil hardness, cross-hatch adhesion and impact resistance of FRPC were measured. Also, the limited oxygen index(LOI) values were measured 17.3vol%, 31.1vol% and 33.7vol% for LDPE-g-MAH, FRPC-3(APP 15wt%, $Mg(OH)_2$ 15wt%) and FRPC-5(APP 30 wt%), respectively. The thermo gravimetry/differential thermal analysis(TG/DTA) of FPRC-3 was observed endothermic peak at $340^{\circ}C$ and $450^{\circ}C$, it was confirmed predominant thermal stability though the wide temperature range by APP and $Mg(OH)_2$. It was showed V-0 grade for FRPC-3 and FRPC-4(APP 20wt%, $Mg(OH)_2$ 10wt%) that a char formation and drip suppressing effect, and combustion time reduced by UL94(vertical burning test). It was confirmed that flame retardancy was improved with the synergy effect because of char formation by APP and $Mg(OH)_2$.
The mechanism for laminar dust flame propagation can only be elucidated from a comprehensive mathematical model which incorporates conduction and radiation, as well as the chemical kinetics of particle devolatilization and gas phase and char reaction. The mathematical model for a flat, laminar, premixed coal-air flame is applied to the atmospheric coal-air mixtures studied by Smoot and co-workers, and comparisons are made with their measurements and predictions. Here the principal parameter for comparison is the laminar burning velocity. The studies of Smoot and co-workers are first reviewed and compared with those predicted by the present model. The effects of inlet temperature and devolatilization rate constants on the burning velocities are studied with the present model, and compared with their measurements and predictions. Their measured burning velocities are approximately predicted with the present model at relatively high coal concentrations, with a somewhat increased inlet temperature. From the comparisons, their model might over-estimate particle temperature and rates of devolatilization. This would enable coal-air mixtures to be burned without any form of preheat and would tend to increase their computed values of burning velocity.
The char burn-out and NOx emissions from sub-bituminous coal were investigated in drop tube furnace under $O_2/N_2$ and $O_2/CO_2$ environments with different $O_2$ concentrations of 12, 21 and 31%. Results show that the char burn-out rate is faster as $O_2$ concentration increases higher and char burn-out rate under $O_2/CO_2$ decreases due to the lower oxygen diffusion into coal surface through the $CO_2$ rich boundary layer. NO concentration increases with increasing $O_2$ concentration, but declines at $O_2$ concentration of 31%. Meanwhile, NO emission indexes decreases monotonically with increasing $O_2$ concentration, which indicates that more NO reduction occurs with higher $O_2$ concentration probably due to greater HCN formation. For all conditions of $O_2$ concentration, the NO concentration under $O_2/N_2$ maintains higher than those of $O_2/CO_2$ due to presence of thermal NO.
Polymer/clay nanocomposites have generated considerable interests in the past decade because adding just tiny amount of clay to the polymer matrix could produce a dramatic enhancement in physical, thermal and mechanical properties. Smectite clays, such as montmorillonite (MMT), are of great industrial value because of their high aspect ratio, plate morphology, intercalative capacity, natural abundance and low cost. In this study, PE/MMT nanocomposites were directly prepared by melt intercalating PE and the modified clay. The nanostructure was verified by X-ray diffraction (XRD) and transmission electron microscopy (TEM), and their flame retardant properties were measured and discussed by limiting oxygen index (LOI), char yield and smoke mass concentration. And their thermal stabilities were measured by differential thermogravimetric (DTG) and thermogravimetric analysis (TGA). The PE/MMT nanocomposites proved more effective the conventional composites in reinforcement. Two functions in the thermal stability of the PE/MMT nanocomposite, one is the barrier effect to improve the thermal stability, and another is catalysis, leading to a decrease of the thermal stability. The flammability was greatly decreased due to the formation of the clay-enriched protective char during the combustion.
Journal of Korea Technical Association of The Pulp and Paper Industry
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v.45
no.1
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pp.13-20
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2013
In this study, oil palm biomass such as empty fruit bunch (EFP) and palm kernel shell (PKS) was used as raw materials for making pellets. EFB and PKS are valuable lignocellulosic biomass that can be used for various purposes. If EFB and PKS are used as alternative raw materials for making pellets instead of wood, wood could be saved for making pulps or other value-added products. In order to explore their combustion characteristics, EFB and PKS were analyzed using thermal gravimetric analyzer (TGA) with ultimate and proximate analyses. From the TGA results, thermal decomposition of EFB and PKS occurred in the range of 280 to $400^{\circ}C$ through devolatilization and combustion of fixed carbon. After $400^{\circ}C$, their combustion were stabilized with combustion of residual lignin and char. PKS contained more fixed carbons and less ash contents than EFB, which indicated that PKS could be more active in combustion than EFB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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